Гоувпо «воронежская государственная технологическая академия» Ю. П. Земсков, Л. Б. Лихачева

Относительное сужение - отношение разности F_o и минимальной F_к площади поперечного сечения образца после разрушения к начальной площади поперечного сечения образца F_o, выраженное в процентах.
Нагрузка на образец при статических испытаниях возрастает медленно и плавно или остается постоянной в течение длительного времени. К статическим испытаниям металлов и сплавов относятся испытания на растяжение, сжатие, изгиб и кручение.
Методы испытаний на растяжение черных и цветных металлов и изделий из них регламентируется ГОСТ 1497-84.
Испытание на растяжение является наиболее универсальным по сравнению с другими видами испытаний, так как оно позволяет определять механические свойства материала на всех стадиях его деформации (от упругой деформации до разрушения).
Размеры и типы образцов установлены ГОСТ 1497-84.
И спытания на растяжение проводят на образцах с гладкими зажимными головками (плоскими или цилиндрическими) (рис. 1), используя клиновые зажимные приспособления. Подготовка образцов к испытанию начинается с их контроля (осмотр внешнего вида, оценка шероховатости их поверхности и измерение размеров). Образцы с механическими повреждениями, заусенцами, неправильной маркировкой, а также с размерами, превышающими допустимые, к испытанию не допускаются.

Рис. 1. Цилиндрический образец

Испытание образцов осуществляют на серийно выпускаемых испытательных (разрывных) машинах, которые имеют три основных узла: механизм нагружения, механизм силоизмерения и устройство для автоматической записи диаграммы растяжения – диаграммный аппарат.

Установив образец на машине и выбрав зазоры, медленно и плавно нагружают образец до момента его разрыва.
Параллельно с этим записывается диаграмма растяжения, показывающая зависимость между нагрузкой, действующей на образец, и вызываемой ею изменением длины образца.
На рис. 2 показана диаграмма растяжения образца из стали. По оси ординат отложена нагрузка Р, Н, по оси абсцисс – удлинение образца l, мм. На диаграмме отмечено несколько характерных участков: упругой деформации до точки В; равномерной пластической деформации от В до D и сосредоточенной пластической деформации от D до Е. Прямолинейный участок сохраняется до точки А или нагрузки Р_пц, что соответствует пределу пропорциональности _пц, который определяют по формуле:
, МПа, (1)
где Р_пц – усилие, превышение которого вызывает появление остаточной деформации;
F_o – начальная площадь поперечного сечения образца.

Рис. 2. Диаграмма растяжения образца

Тангенс угла наклона прямолинейного участка характеризует модуль упругости первого рода Е.
На небольшом участке от А до В нарушается линейная зависимость между Р и l из-за упругих несовершенств материала, связанных с дефектами решетки.
Точке В соответствует усилие Р_упр, при котором остаточная деформация станет равной 0,05 % от начальной расчетной длины образца. Ордината точки В служит для определения предела упругости:
, МПа, (2)
Предел пропорциональности и предел упругости определяют упругие свойства материала.
Ордината точки С, соответствующей течению материала при пластическом деформировании, служит для определения физического предела текучести _т:
, МПа, (3)
где Р_т - усилие при текучести.

Физический предел текучести определяют по диаграмме растяжений, когда на ней имеется горизонтальный участок (площадка текучести). Такой участок характерен только для малоуглеродистых сталей и латуней. Для остальных сплавов определяют условный предел текучести, который равен напряжению Р_0,2, при котором остаточное удлинение образца составляет 0,2 %:

, МПа, (4)
Выбранная пластическая деформация 0,2 % достаточно точно характеризует переход от упругих деформаций к пластическим, а напряжение _0,2 несложно определить при испытаниях независимо от того, имеется или нет площадка текучести на диаграмме растяжения.
Пластическое деформирование выше точки С идет при возрастающей нагрузке, так как металл в процессе деформирования упрочняется. Упрочнение металла при деформировании называется наклепом. До точки Д удлинение происходит равномерно по всей длине рабочей части рабочей части образца. Цилиндрическая форма образца сохраняется, хотя диаметр его уменьшается по мере удлинения. Ордината точки Д соответствует максимальному усилию Р_тах и служит для определения предела прочности или временного сопротивления:
, МПа, (5)
Наклеп металла увеличивается до момента разрыва образца, хотя растягивающая нагрузка при этом уменьшается от Р_тах до Р_Е (см. рис. 2). Это объясняется появлением в образце местного утонения – шейки, в которой в основном сосредотачивается пластическая деформация. Несмотря на уменьшение нагрузки, растягивающие напряжения в шейке повышаются до тех пор, пока образец не разорвется. В точке Е определяют истинное сопротивление разрыву S_и – напряжение, определяемое отношением усилия в момент разрыва Р_Е к минимальной площади поперечного сечения образца после разрыва F_к:
, МПа (6)
Напряжения _0,05, _т и _в - стандартные характеристики прочности.
Пластичность материала характеризуется относительным удлинением и относительным сужением.
Относительное удлинение определяется по формуле:
(7)
Относительное сужение:
(8)